(Phys.org) - Fysiker har föreslagit att kränkningar av energibesparing i det tidiga universum, som förutsagt av vissa modifierade teorier om kvantmekanik och kvantgravitation, kan förklara det kosmologiska konstanta problemet, som ibland kallas "den värsta teoretiska förutsägelsen i fysikens historia."

Fysikerna, Thibaut Josset och Alejandro Perez vid universitetet i Aix-Marseille, Frankrike, och Daniel Sudarsky vid National Autonomous University of Mexico, har publicerat en uppsats om sitt förslag i ett nyligen utgåva Fysiska granskningsbrev .

"Arbetets främsta prestation var det oväntade förhållandet mellan två tydligen mycket tydliga frågor, nämligen den accelererade expansionen av universum och mikroskopisk fysik, "Berättade Josset Phys.org . "Detta ger en ny titt på det kosmologiska konstanta problemet, som fortfarande är långt ifrån löst. "

Einstein föreslog ursprungligen konceptet med den kosmologiska konstanten 1917 för att ändra hans teori om allmän relativitet för att förhindra att universum expanderar, eftersom universum vid den tiden ansågs vara statiskt.

Nu när moderna observationer visar att universum expanderar i en accelererande takt, den kosmologiska konstanten idag kan ses som den enklaste formen av mörk energi, erbjuder ett sätt att redogöra för aktuella observationer.

Dock, det finns en enorm skillnad - upp till 120 storleksordningar - mellan det stora teoretiska förutsagda värdet av den kosmologiska konstanten och det lilla observerade värdet. För att förklara denna oenighet, viss forskning har föreslagit att den kosmologiska konstanten kan vara en helt ny naturkonstant som måste mätas mer exakt, medan en annan möjlighet är att den bakomliggande mekanismen som teorin antar är felaktig. Den nya studien faller in i den andra tankelinjen, tyder på att forskare fortfarande inte helt förstår grundorsakerna till den kosmologiska konstanten.

Grundidén med det nya papperet är att kränkningar av energibesparing i det tidiga universum kunde ha varit så små att de skulle ha försumbara effekter i lokal skala och förbli otillgängliga för moderna experiment, men samtidigt kunde dessa kränkningar ha bidragit väsentligt till det nuvarande värdet av den kosmologiska konstanten.

För de flesta människor, tanken på att energibesparing kränks går emot allt de lärt sig om fysikens mest grundläggande lagar. Men i kosmologisk skala, energibesparing är inte en lika fast lag som på mindre skalor. I den här studien, fysikerna undersökte specifikt två teorier där kränkningar av energibesparing naturligt uppstår.

Det första scenariot med kränkningar innebär modifieringar av kvantteori som tidigare har föreslagits för att undersöka fenomen som skapande och avdunstning av svarta hål, och som också förekommer i tolkningar av kvantmekanik där vågfunktionen genomgår spontan kollaps. I dessa fall, energi skapas i en mängd som är proportionell mot massan av det kollapsande objektet.

Kränkningar av energibesparing uppstår också i vissa tillvägagångssätt för kvantgravitation där rymdtiden anses vara granulär på grund av den grundläggande gränsen för längd (Planck -längden, som är i storleksordningen 10 ^-35 m). Denna diskrethet i rymdtiden kunde ha lett till antingen en ökning eller minskning av energi som kan ha börjat bidra till att den kosmologiska konstanten började när fotoner kopplades från elektroner i det tidiga universum, under den period som kallas rekombination.

Som forskarna förklarar, deras förslag bygger på en modifiering av allmän relativitet som kallas unimodular gravitation, föreslogs först av Einstein 1919.

"Energi från materialkomponenter kan avstå från gravitationsfältet, och denna "energiförlust" kommer att bete sig som en kosmologisk konstant - den kommer inte att spädas genom senare expansion av universum, "Josset sa." Därför kan en liten förlust eller skapande av energi i det avlägsna förflutna få betydande konsekvenser idag i stor skala. "

Oavsett källan till energibesparingskränkningen, det viktiga resultatet är att energin som skapades eller förlorades påverkade den kosmologiska konstanten i större och större utsträckning när tiden gick, medan effekterna på materien minskade med tiden på grund av universums expansion.

Ett annat sätt att uttrycka det, som fysikerna förklarar i sitt papper, är att den kosmologiska konstanten kan ses som ett register över energibesparing under universums historia.

För närvarande finns det inget sätt att säga om de kränkningar av energibesparing som undersöktes här verkligen påverkade den kosmologiska konstanten, men fysikerna planerar att ytterligare undersöka möjligheten i framtiden.

"Vårt förslag är mycket generellt och varje kränkning av energibesparingen förväntas bidra till en effektiv kosmologisk konstant, "Josset sa." Detta kan göra det möjligt att sätta nya begränsningar för fenomenologiska modeller utöver vanlig kvantmekanik.

"Å andra sidan, direkta bevis på att mörk energi kommer från energibesparing verkar i stort sett utom räckhåll, eftersom vi har tillgång till värdet av lambda [den kosmologiska konstanten] idag och begränsar dess utveckling endast sent. "

© 2017 Phys.org